Хлорофилл фотохимические реакции in viv

Наиболее важной фотохимической реакцией в природе является усвоение двуокиси углерода и воды растениями посредством солнечного света и хлорофилла. Хлорофилл, который придает растениям их зеленый цвет, представляет собой комплексное органическое соединение, содержащее магний. Он поглощает красный, голубой и в меньшей степени зеленый свет. Возбужденный таким образом хлорофилл ответствен за образование из двуокиси углерода и воды исходного вещества для роста всех растений [c.557]

Фотохимические реакции весьма распространены. Достаточно указать на так называемую реакцию фотосинтеза, протекающую в растениях при участии зеленого пигмента — хлорофилла — при поглощении солнечной радиации. Фотосинтез сводится к ассимиляции оксида углерода (IV) с образованием углеводов и выделением кислорода. Это многостадийный процесс, суммарное уравнение которого можно записать в виде [c.269]

Различают световую и темновую стадию фотосинтеза. Световая стадия включает фотофизические процессы и фотохимические реакции с участием хлорофилла. Фотосинтез начинается с первой пусковой стадии, когда молекулы хлорофилла поглощают квант света. При этом они возбуждаются до синглетного состояния (5) с временем жизни 10 с, которое подвергается конверсии в относительно стабильное бирадикальное (триплетное) состояние Т) с временем жизни порядка долей секунды [c.284]

Энергия, необходимая для восстановления углекислоты, доставляется в виде световой энергии, поглощается хлорофиллом и используется для фотохимической реакции. Таким образом, хлорофилл в процессе фотосинтеза играет роль фотосенсибилизатора. Поглощая световую энергию, он претерпевает изменения, а затем отдает эту энергию другим веществам и возвращается в исходное состояние. Эта роль хлорофилла в фотосинтезе была впервые открыта К. А. Тимирязевым, а затем подтверждена другими исследователями. [c.123]

В некоторых случаях фотохимическая реакция может быть вызвана добавлением веществ, при отсутствии которых данная реакция не идет. Эти вещества, называемые сенсибилизаторами, поглощают световую энергию, а затем передают ее реагентам, которые непосредственно ее не поглощают. Примером такой реакции может служить фотосинтез углеводов из СО2 и Н2О, осуществляемый растениями. Как установил К. А. Тимирязев (1877), сенсибилизатором этой реакции является хлорофилл, содержащийся в зеленых частях растений. Хлорофилл, поглощая солнечную энергию, передает ее реагирующим веществам. [c.279]

Существуют три основных пути реализации энергии квантов света поглощенных молекулами хлорофилла — фотохимические реакции, тепловая диссипация и флуоресценция. [c.7]

Не менее важной заслугой Тимирязева является открытие роли хлорофилла как сенсибилизатора фотохимических реакций, происходящих при фотосинтезе. Он экспериментально установил, что фотосинтез осуществляется преимущественно п красных и синих лучах видимого спектра. Тимирязев провел следующий опыт. Ряд стеклянных трубочек, наполненных смесью воздуха и диоксида углерода и содержащих по одному одинаковому зеленому листу, был выставлен на разложенный с помощью трехгранной призмы солнечный свет так, что в каждой части солнечного спектра находилась одна трубочка. Через каждые несколько часов определялось содержание диоксида углерода в трубочках. Оказалось, усвоение СО2 происходит только в тех лучах, которые поглощаются хлорофиллом, т. е. в красных, оранжевых и желтых частях спектра. Некоторые результаты опыта представлены на ркс. 49 в виде графика, на котором по оси ординат отложены количества поглощенной СО2 в каждой из трубочек. [c.176]

К фотохимическим относятся реакции, протекающие под действием квантов света. Такие реакции многочисленны, а некоторые из них имеют жизненно важное значение. Фотохимическими являются реакции выделения кислорода и ассимиляции диоксида углерода в процессе фотосинтеза, образование озона из кислорода под действием ультрафиолетового излучения Солнца, природный синтез хлорофилла и т. п. Фотохимическое разложение бромистого серебра лежит в основе фотографического процесса. С фотохимическими реакциями связано явление люминесценции, выцветание красок и т. п. [c.200]

Известно, что далеко не каждая молекула хлорофилла или другого пигмента, поглотившая свет и сохранившая достаточное количество энергии для фотохимической реакции, является центром подобной реакции. На само.м деле фотохимическая активность, т. е. непосредственная связь с фотохимической реакцией, осуществляется лишь примерно одной молекулой из 200—250 молекул хлорофилла. Об этом явлении А. Г. Пасынский пишет ...Могло бы создаться неправильное представление, что основная масса хлорофилла является фотохимически неактивной и играет и листе роль запасного вещества, как иногда предполагалось в литературе. [c.178]

Напротив, соединение большой группы (200—250) молекул хлорофилла с одним центром фотохимической реакции обеспечивает его непрерывную работу, подобно тому, как присоединение одного водостока к достаточно значительной поверхности крыши позволяет получить из отдельных капель непрерывный поток воды. Ясно, что при этом вся масса молекул хлорофилла активно участвует в полез- [c.178]

Многие химические реакции протекают под действием света. Примером может служить процесс выцветания красок под действием солнечного света вследствие разрушения молекул красителя. Подобные реакции называют фотохимическими реакциями. Одна из очень важных фотохимических реакций — превращение двуокиси углерода и воды в углеводы и кислород в листьях растений, при которой зеленое вещество хлорофилл служит катализатором. [c.563]

Вторая эпоха характеризовалась отсутствием избытка свободного водорода и началом медленного нарастания (в результате радиолиза воды) концентрации свободного кислорода, а также последующего появления в высоких слоях земной газовой оболочки вначале слабого, но все же поглощающего самые короткие ультрафиолетовые волны озонного панцыря последний начал предохранять земную поверхность от стерилизации. Б связи с этим ультрафиолетовая фотохимия постепенно начала вытесняться на земной поверхности фотохимическими реакциями синтеза под действием видимого света с его более длинными волнами. Окрашенные пигменты (хлорофилл, гемоглобин, гемоцианин), имеющие в молекулярном скелете порфириновую группировку из четырех пятичленных пиррольных колец с атомами Mg, Ре, Со и Си, в их центре рождались теперь в воде океана и смогли наравне с другими сложными органическими молекулами сохранять свое существование, тогда как раньше короткий ультрафиолет разложил бы их на осколки так же, как он стерилизовал все живое. [c.375]

Разделение вопроса о фотохимии пигментов на физическую и химическую части делает необходимым рассмотрение фотохимических реакций хлорофилла до описания его спектральных свойств и флуоресценции. Одпако существует тесная связь между этими явлениями, в особенности между флуоресценцией и первичным фотохимическим процессом, который включает два возможных пути использования световой энергии [c.487]

В то время как основная масса фотосинтетических пигментов способна только поглощать энергию света и передавать ее соседним молекулам, небольшая часть молекул хлорофилла участвует в осуществлении фотохимической реакции, т.е. преобразовании электромагнитной энергии в химическую. Процесс этот происходит в реакционных центрах, состоящих из первичного донора электронов, первичного акцептора и одного или более вторичных акцепторов электронов. Кроме того, в составе реакционных центров обнаружены молекулы каротиноидов и полипептидов. Основные компоненты реакционных центров разных групп фотосинтезирующих эубактерий представлены в табл. 23. [c.279]

Еще шестьдесят лет тому назад было установлено, что помимо биосинтетических процессов с участием хлорофилла и химических превращений, связанных с зрительными ощущениями, свет может вызывать химические превращения органических соединений. Из первых исследователей, занимавшихся вопросами фотохимии в то время, следует назвать Чамича 1а и Зильбера [77] и Патерно [193]. Однако несмотря на разнообразные и интересные открытия в этой области возможности практического применения фотохимии (не с чисто научными целями) казались ограниченными. Это объясняется многими причинами. Во-первых, для реакций, вызываемых облучением, в особенности реакций нецепного характера, требуется большой расход энергии. Во-вторых, многие реакции, вызываемые светом, связаны с образованием радикалов, склонных к дальнейшим превращениям, но те же самые радикалы можно получить другими, более простыми способами. Продукты многих фотохимических реакций можно легче получать обычными методами синтеза. В-третьих, фотохимические реакции часто приводят к сложным результатам, которые не всегда находят удовлетворительное объяснение, и контроль за такими процессами может быть затруднительным. Наконец, необходимые источники света (не считая солнечного излучения) и аппаратура для фотохимических реакций до недавнего времени были мало доступны. [c.368]

Многие химические реакции протекают под действием света примерами в этом отношении могут служить процессы выцветания красок под действием солнечного света, взрыв смеси водорода и хлора на свету и результат жизнедеятельности растений — превращение двуокиси углерода и воды в углеводы и кислород с участием хлорофилла в качестве катализатора. Подобные реакции называются фотохимическими реакциями. [c.332]

Если описанное выше фотоокисление гидроксильных ионов представляет собой уникальное свойство высших растений, то вторая фотохимическая реакция, связанная с хлорофиллом, является общей для всех фотосинтезирующих систем. Действительно, Ло- [c.272]

ФОТОСИНТЕЗ — синтез растениями органических веществ (углеводов, белков, жиров) из диоксида углерода, воды, азота, ( юсфора, минеральных солей и других компонентов с помощью солнечной энергии, поглощаемой пигментом хлорофиллом. Ф.— основной процесс образования органических веществ на Земле, определяющий круговорот углерода, кислорода и других элементов, а также основной механизм трансформации солнечной энергии на нашей планете. В процессе Ф, растения усваивают вгод4 101 туглерода, разлагают 1,2 х X 10 т воды, выделяют 1 10 т кислорода и запасают 4-102° кал солнечной энергии в виде химической энергии продуктов Ф. Это количество энергии намного превышает годовую потребность человечества в ней. Ф.—сложный окис-лительно-восстановительный процесс, сочетающий фотохимические реакции с ферментативными. Вследствие Ф. происходит окисление воды с выделением молекулярного кислорода и восстановление диоксида углерода, что выражается [c.268]

Опыт показывает, что иногда фотохимические процессы осуществляются под действием излучения, хотя оно совершенно не поглощается реагирующими веществами. Казалось бы, в данном случае имеет место отступление от закона Гроттуса. Однако исследования показали, что эти реакции происходят только тогда, когда п реагирующим веществам примешиваются некоторые посторонние примеси, которые, поглощая световую энергию, передают ее затем реагирующим веществам. Эти примесные вещества получили лазванпе сенсибилизаторов. Механизм действия сенсибилизаторов состоит в том, что молекула сенсибилизатора при поглощении фотона переходит в возбужденное состояние, а затем, столкнувшись с молекулой реагирующего вещества, передает ей избыток своей энергии, вызывая тем самым химическое превращение. Примеров сенсибилизированных реакций можно привести очень много. Так, путем добавления к фотоэмульсии некоторых веществ, выполняющих роль сенсибилизатора, можно значительно повысить ее чувствительность к красным лучам света. Известный всем хлорофилл также является сенсибилизатором фотохимических реакций образования органических веществ в зеленых растениях. [c.175]

По данным Рабиновича, даже на прямом солнечном свету каждая молекула хлорофилла поглощает кзант света всего один раз за 0,1 с, а при менее благоприятных условиях — гораздо реже. Между тем скорость последующих ферментативных реакций является чрезвычайно высокой. Если бы в этих условиях каждая молекула хлорофилла была самостоятельным центром фотохимической реакции, связанным с необходимыми вспомогательными ферментами, то такое устройство было бы столь же нецелесообразно, как если бы каждый участок крыши, на который падает отдельная капля дождя, был оборудован самостоятельным водостоком. В листе для подобного устройства просто не хватило бы места, не говоря уже о том, что оно могло бы использоваться лишь незначительную часть времени. [c.178]

Разработка теории фотохимических реакций необходима не только для препаративных целей, но и для понимания многих важных биохимических явлений. В основе фундаментального процесса усвоения света растением фотосинтеза лежит способность органической молекулы хлорофилла поглощать космическую энергию Солнца и затем трансформировать ее для удовлетворения энергетических потребностей всей биосферы. Восприятие света глазом сопровождается сложными фотохимическими превращениями, в частности, цис-транс-изомерязацт ретинальдегида [c.286]

Поскольку при переходе в возбужденные состояния (синглетные и триплетные) энергия молекул повышается, последние приобретают химические свойства, которых не было у невозбужденных молекул [67, 67а]. Изменения значений рА а функциональных групп при переходе в возбужденное состояние могут приводить к диссоциации протонов или к их присоединению. Диссоциация на ионы или радикалы иногда сопровождается разрывом связей. Могут протекать реакции фотоприсоединения и фотоотш,епления, а также изомеризация молекул, играюш,ая важную роль в функционировании зрительных рецепторов. Возбужденные молекулы могут стать сильными окислительными агентами, способными принимать атомы водорода или электроны от других молекул. Примером такого рода служит фотоокисление ЭДТА рибофлавином (подвергающимся фотовосстановлению, как показано на рис. 8-15). Более важным с точки зрения биологии процессом является фотосинтез, в ходе которого возбужденные молекулы хлорофилла осуществляют фотовосстановление других молекул, временно оказываясь при этом в окисленном состоянии. К сожалению, ценность исследования фотохимических реакций сильно снижается возможностью протекания множества параллельных реакций, зачастую приводящих к образованию огромного количества разных фотохимических продуктов (достаточно взглянуть на тонкослойную хроматограмму продуктов распада рибофлавина, рис. 2-34). [c.33]

Фотоокисление кислородом (фотооксидироваиие). Этот тип фотохимических реакций, происходящих с фотовозбужденной молекулой в присутствии молекулярного кислорода Оз, чрезвычайно широко распространен и лежит в основе естественного фотовыцветания природных (хлорофилл) и искуственных красителей, разрушения технических и биополимеров, прогор-кания жиров и масел и т. д. [c.268]

НОЙ молекулы СО2 в процесс может вовлекаться до 2500 молекул хлорофилла. Исходя из этого расчета, была разработана концепция фотосинтетической единицы, в которой происходят первичные фотохимические реакции фотосинтеза в так называемом реакционном центре, причем каждый реакционный центр связан со сравнительно большим числом пигментных молекул, поглощающих фотон и передающих ему энергию. Любая фотосинтетическая электронтранспортная цепь включает фотоси- [c.334]

Отсутствие у пурпурных и зеленых нитчатых бактерий светозависимого восстановления НАД или ферредоксина связано с тем, что электроны, отрывающиеся от молекулы хлорофилла, в результате фотохимической реакции акцептируются на хиноновых соединениях, окислительно-восстановительный потенциал которых недостаточно отрицателен для непосредственного восстановления НАД или ферредоксина (см. табл. 11). В этих группах фотосинтезирующих эубактерий восстановитель образуется в результате темнового переноса электронов от экзогенных доноров (сульфид, тиосульфат, органические соединения) против электрохимического градиента — обратного переноса электронов (рис. 75, А). Последний осуществляется с участием электронтранепортной цепи, в состав которой входят флавопротеины, за счет энергии, генерируемой в процессе циклического электронного транспорта. [c.284]

Реакциям в пленках посвящено очень много работ, мы рассмотрели только немногие из них. Другими примерами таких реакций являются реакции полимеризации, например полимеризация альдегида стеариновой кислоты [154], фотохимические процессы и различные биологические реакции. К фотохимическим реакциям, в частности, относятся разложение монослоев стеариланилида светом длиной волны 240 нм [155], фотохимическое превращение пленок эргостерола в витамин D [156], различные фотохимические реакции монослоев белков [159], фоторазложение и тушение флуоресценции в моиослоях хлорофилла [144, 158]. В очень интересной работе Виттена [159] описано частичное уменьшение площади смешанных пленок трипальмитина и цис-тио-индигового красителя вследствие изомеризации последнего в транс-форму под действием ультрафиолетового излучения. Субмонослойные пленки ненасыщенных жирных кислот и их сложных эфиров на силикагеле подвергаются самоокислению со скоростью более низкой, чем скорость аналогичной реакции в гомогенном растворе (самоокисление сопровождается хемилюминесценцией) [159а]. [c.136]

Фотохимические реакции можно разделить на прямые и сенсибилизированные. В случае прямой фотохимической реакции излучение поглощается одним или большим числом веществ, участвующих в реакции. При сенсибилизированной реакции определенное вещество поглощает излучение и возбуждает реакции, в которых его молекулы непосредственно не участвуют. Примерами сенсибилизированных реакций могут слуншть гидрирование этилена в присутствии паров ртути под действием излучения, поглощаемого только парами ртути развитие растений, обусловленное поглощением излучения хлорофиллом, несмотря на то, что он в дальнейшем не подвергается химическому изменению окисление тетрахлорэтилена кислородом до хлорангидрида три-хлоруксусной кислоты в присутствии хлора при поглощении излучения только хлором. [c.218]

Схематически фотосинтез можно представить как окислн-тельно-восстановительный процесс взаимодействия углекислого газа и воды, который идет при участии хлорофилла, поглотившего энергию солнечных лучей. Эта энергия используется для фотохимической реакции, при которой восстанавливается углекислый газ [c.123]

В фигурные скобки заключена нечувствительная к температуре часть системы. Хл обозначает агрегат молекул хлорофилла Хл (Р700 или Р870) связан с донором электрона — цитохромом / (или его аналогом) X — акцептор электрона. Фотохимическая реакция приводит к образованию окисленного хлорофилла и восстановленного акцептора. Позднее цитохром окисляется снова и хлорофилл возвращается в своеобычное, восстановленное состояние. [c.328]

Оба типа фотохимических реакций протекают в природе н используются в промышленности. К фотох шческим реакциям относятся, например, применяемые в химической промышленности процессы хлорирования и бромирования углеводородов и других ве-ществ синтезы некоторых высокополимеров (полистирола), сульфохлорирование парафинов и т. п. К фотохимическим реакциям второй группы относится, например, природный процесс фотосинтеза, т. е. синтез углеводов из двуокиси углерода воздуха в растениях под действием солнечного света, поглощаемого пигментом растений — хлорофиллом. [c.280]

Готре [229, 232] наблюдал, что реакция Молиша происходит только на свету по Жиру [251], она идет быстрее на свету, но может идти и в техчноте. Тогда предпочтительное восстановление азотнокислого серебра хлоропластами может быть аналогичным процессу при фотографировании, где темные пятна на негативе образуются в результате фотохимической реакции, а хлорофилл при этом может играть роль сенсибилизатора. [c.281]

В этом случае обмен Н—ОН, происходящий в реакции (11.9) в свободных молекулах НзСОд, осуществляется в соединении хлорофнлл — угольная кислота. Предполагается, что продукт восстановления отделяется от хлорофилла после последней фотохимической реакции [c.297]

В темноте проростки высших растений остаются бесцветными (этиолированными), но начинают зеленеть немедленно при перенесении их на свет. Это явление многократно изучалось, и нет никаких сомнений, что образование хлорофилла в растениях представляет собой фотохимическую реакцию. Но еще в 1885 г. Шимпер открыл, что низшие растения (вплоть до мхов) способны к синтезу хлорофилла в отсутствие света. Майерс [217] не обнаружил разницы в составе и фотосинтетической активности пигментов, образованных у Proto o eus и hlorella в темноте и на свету. Способность синтезировать хлорофилл в темноте распространяется и на хвойные, хотя свет ускоряет у них образование хлорофилла, что иллюстрируют данные. 1юбименко [166] (табл. 70). [c.433]

Мы, знаем, что хлорофилл сенсибилизирует восстановление двуокиси углерода водой. Выполняя эту функцию, он входит, веро- ятно, в обратимые реакции с фотосинтетическими субстратами глава XIX). Можно представить два тина таких реакций — ком-плексообразование и окисление—восстановление. В первом случае хлорофилл служил бы акцептором либо для двуокиси углерода (глава VIII), либо для воды (глава XI), либо для обоих. Во втором случае хлорофилл должен играть роль окислительно-восстановительного катализатора, т. е. акцептора водородных атомов или электронов. Гипотетическое комплексообразованне хлорофилла с водой или двуокисью углерода должно быть темновой реакцией, а обратимое окисление — восстановление хлорофилла должно быть фотохимической реакцией, где свет активирует прямую или обратную ступень, или и ту и другую. [c.454]

Эти рассущения не имеют целью доказать, что обратимая фотохимическая реакция с растворителем лучше объясняет механизмы сенсибилизации хлорофиллом и его выцветания, чем обратимая тау-томеризация мы показали только, что пока ни то, ни другое объяснение нельзя принять за окончательное. [c.496]

Вероятность фотохимической реакции между хлорофиллом и растворителем подтверждается также опытами Енорра и Лльберса по изменению флуоресценции хлорофилла с течением времени (см. стр. 501). [c.496]

Опыты, описанные в этом разделе, представляют только первую попытку объяснения механизма первичного фотохимического процессса в растворах хлорофилла. Они показывают, что скрытые обратимые изменения—таутомернзация, окисление—восстановление, а может быть, и дисмутация—совершаются в освещенных и светоустойчивых на вид растворах хлорофилла. Последняя из рассмотренных реакций — удаление магния кислотами — показывает, как при подходящих условиях, в присутствии акцепторов, реагирующих с продуктами первичного обратимого процесса, первичная обратимая реакция заменяется необратимым вторичным превращением. Многие фотохимические реакции хлорофилла, а также и других органических красителей, независимо от того, влияют ли они на самый краситель, иди только сенсибилизируются им, повидимому, возникают таким же образом, т. е. путем необратимых вторичных превращений продуктов, образуемых в обратимых первичных процессах. [c.498]

Фотохимические реакции хлорофилла с азокрасителями, в которых он играет роль восстановителя, описаны Бохи [46]. Азокрасители могут быть восстановлены сперва до гидразоформ, потом до ajinnoB. В противоположность типичным лейкокрасителям, продукты восстановления азокрасителей не окисляются кислородом, так что реакция [c.508]